Tamen, la 21-an de oktobro 1937, Petlyakov estis arestita kune kun Tupolev kaj la tuta direktoraro de la TsAGI sur elpensitaj akuzoj de sabotado, spionado kaj helpo al la rusa faŝisma partio. Multaj el liaj kolegoj estis ekzekutitaj. En 1939 li estis translokita de malliberejo al NKVD "sharashka" por aviadilkonstruistoj proksime de Moskvo, kie multaj eks-TsAGI-homoj jam estis senditaj por labori. Petlyakov ricevis la taskon de projektado de alt-alteca batalanto, kiun li sukcese plenumis. Tamen, operacia sperto en la Sovet-finna milito
La milito de 1939-1940 montris ke tio ne estis kion la sovetia aerarmeo bezonis, kaj Lavrentiy Beria, kapo de la NKVD kaj de la "sharashka" sistemo, ordonis ke la batalanto estu restrukturita kiel plonĝbombisto, kun la promeso ke Petlyakov kaj liaj kolegoj estus liberigitaj sur ĝia sukcesa kompletigo.